前不久，日本FUJIMI披露了公司CMP开发部关于氧化锆颗粒在抛光中的研究文章。为便于相关从业者更好了解和学习相关内容，小编结合相关应用背景对研究论文进行翻译总结，希望读者朋友能有一定收获。

3D NAND结构示例

1、研究背景

在高性能半导体器件（尤其是3D NAND闪存）的制造中，深孔或深沟槽的高深宽比刻蚀工艺，要求采用与底层材料（如氧化物、硅等）具有极高的刻蚀选择比的硬掩模材料。碳膜（尤其是类金刚石碳或非晶碳）具有高硬度、高模量，能承受后续工艺中的机械和热负荷，并且碳膜在特定波长下透明或半透明，便于在光刻对齐过程中进行精确的套刻对准；碳膜不含金属成分，对大多数化学试剂具有良好的抵抗性，在湿法清洗或刻蚀过程中不易被破坏……除了上述有利因素，碳膜对于使用二氧化硅或氧化铈颗粒的CMP浆料难以有效抛光，本文中提到过去的解决方案是添加氧化剂或金属络合剂以增强抛光效果，但这些添加剂会带来浆料稳定性差、难以清洗、可能损伤设备等问题。因此，本次研究探索使用氧化锆颗粒作为新型磨料，通过机械化学反应在抛光过程中与碳膜形成共价键（Zr–C），从而增强碳膜的去除率。

氧化锆与碳表面相互作用结构示意

2、实验重点

据研究文章，本次选用了三种不同晶体结构（混合A、立方B、单斜C）的氧化锆颗粒，通过XPS分析钇浓度间接评估氧空位含量，使用纳米压痕法测量颗粒的弹性模量，并且通过干式摇动实验模拟机械化学反应，使用XPS分析Zr–C键的形成率，以及在相同条件下比较三种氧化锆浆料与二氧化硅浆料对碳膜的抛光速率。

三种样品的规格和SEM

CMP测试系统示意

基于抛光速率与Zr–C形成率呈正相关，因此实验其实是研究氧化锆颗粒的氧空位含量和弹性模量与Zr–C形成率之间的联系，结论是：氧空位含量与Zr–C形成率无明显相关性，弹性模量却高度相关——即使用高弹性模量的氧化锆颗粒可在抛光过程中有效促进Zr–C共价键的形成，从而显著提高碳膜的抛光速率（样品A最高速率是二氧化硅浆料的15倍）；将化学活性极高的氧化锆颗粒引入CMP浆料，有可能无需添加氧化剂或金属络合剂，即可实现高效、环保的CMP工艺，有助于降低浆料消耗和后续清洗负担。

粉体圈 YUXI